【技术实现步骤摘要】
本申请涉及天然气掺氢，尤其涉及的是一种宽流量精确的天然气掺氢装置及天然气掺氢方法。
技术介绍
1、城镇天然气的用气范围广，且用气规律呈现明显的峰谷差异，以某燃气公司某中压调压站为例，用气高峰出现在晚上6点左右，调压站流量可达到18000nm3/h，用气低谷出现在凌晨4点左右，流量不足1000nm3/h。对于现有的掺混装置，为了保证掺氢比一定，通常采用随动流量的掺混技术，该技术通过流量表进行计量，并反馈信号给调节阀进行固定掺氢比的随动流量调节。然而在实际工程实践中发现，该类技术只能针对燃气流量相对稳定，只在设计负荷附近波动的情况。
2、因此，目前的天然气掺氢装置只能针对用气范围窄、峰谷差小的燃气管网进行控制，无法满足用气范围宽、峰谷差大的城市燃气管网的要求。
技术实现思路
1、鉴于上述现有技术的不足，本申请的目的在于提供一种宽流量精确的天然气掺氢装置，旨在解决现有技术存在的天然气掺氢装置只能针对用气范围窄、峰谷差小的燃气管网进行控制的问题。
2、本申请解决技术问题所采用的技术方案如下：本申请提供一种宽流量精确的天然气掺氢装置，包括天然气管道、氢气管道、混气管道与plc控制系统。
3、所述混气管道上设置有依次相连的混合器和缓冲罐；所述天然气管道的一端与所述混合器相连，另一端为天然气入口端；所述天然气入口端和所述混合器之间设置有第一流量变送器；所述氢气管道的一端与所述混合器相连，另一端为氢气入口端；所述氢气入口端和所述混合器之间设置有依次相连的第二流量
4、所述第一流量变送器、第二流量变送器、流量调节阀、氢气分析仪和缓冲罐均与所述plc控制系统信号连接；所述plc控制系统设定掺氢比例，并控制天然气管道的第一流量变送器的开度、氢气管道的流量调节阀的开度和缓冲罐的开合，从而达到调节所述混气管道通出的气体的掺氢比例的目的。
5、可选地，所述天然气管道包括天然气大流量支路和天然气小流量支路，所述天然气大流量支路和天然气小流量支路并联连接；所述天然气管道与所述天然气大流量支路的左端的交点为第一交点，与所述天然气大流量支路的右端的交点为第二交点；所述第一流量变送器设置于所述天然气大流量支路和所述天然气小流量支路上。
6、所述氢气管道包括氢气大流量支路和氢气小流量支路，所述氢气大流量支路和氢气小流量支路并联连接；所述氢气管道与所述氢气大流量支路的左端的交点为第三交点，与所述氢气大流量支路的右端的交点为第四交点；所述依次相连的第二流量变送器和流量调节阀均设置于所述氢气大流量支路和所述氢气小流量支路上。
7、可选地，所述天然气大流量支路的左端和所述天然气小流量支路的左端相交于所述第一交点，所述天然气大流量支路的右端和所述天然气小流量支路的右端相交于所述第二交点；所述天然气入口端和第一交点之间依次设置有第一氮气吹扫口、第一压力表、第一温度表、第一球阀、第一过滤器、第一稳定阀和第一放空阀。
8、可选地，所述氢气大流量支路的左端和所述氢气小流量支路的左端相交于所述第三交点，所述氢气大流量支路的右端和所述氢气小流量支路的右端相较于所述第四交点；所述氢气入口端和第三交点之间依次设置有第二氮气吹扫口、第二放空阀、第二压力表、第二温度表、第二球阀、第二过滤器、第二稳定阀。
9、可选地，所述天然气大流量支路的第一流量变送器与第一交点之间设置有第一切断阀，所述天然气大流量支路的第一流量变送器与第二交点之间设置有第一球阀；和/或，所述天然气小流量支路的第一流量变送器与第一交点之间设置有第一切断阀，所述天然气小流量支路的第一流量变送器与第二交点之间设置有第一球阀。
10、可选地，所述氢气大流量支路的第二流量变送器与第三交点之间设置有第二球阀，所述氢气大流量支路的流量调节阀与第四交点之间设置有第二球阀；和/或，所述氢气小流量支路的第二流量变送器与第三交点之间设置有第二球阀，所述氢气小流量支路的流量调节阀与第四交点之间设置有第二球阀。
11、可选地，所述混合器和所述缓冲罐之间依次设置有第三压力表、第三温度表、第三氮气吹扫口、第三球阀、阻火阀和第三切断阀，所述氢气分析仪位于所述阻火阀和第三切断阀之间。
12、本申请还提供一种天然气掺氢方法，采用上述的宽流量精确的天然气掺氢装置进行天然气管道掺氢，包含以下步骤：s1：根据掺氢天然气的最大设计需求量qm和掺氢天然气的目标供应需求量q，plc控制系统设定掺氢比例λ。
13、s2：根据掺氢天然气的目标供应需求量q和掺氢比例λ，控制天然气管道的第一流量变送器的开度、氢气管道的流量调节阀的开度和缓冲罐的开合，从而进行天然气掺氢。
14、所述根据掺氢天然气的目标供应需求量q和掺氢比例λ，控制天然气管道的第一流量变送器的开度、氢气管道的流量调节阀的开度和缓冲罐的开合，包括以下步骤：当掺氢天然气的目标供应需求量q为20％qm至100％qm时，开启天然气大流量支路的第一流量变送器和氢气大流量支路的流量调节阀，关闭其余第一流量变送器和流量调节阀。
15、当掺氢天然气的目标供应需求量q为6％qm至30％qm时，开启天然气小流量支路的第一流量变送器和氢气小流量支路的流量调节阀，关闭其余第一流量变送器和流量调节阀。
16、当掺氢天然气的目标供应需求量q小于6％qm时，关闭所有第一流量变送器、流量调节阀，仅开启缓冲罐。
17、可选地，所述天然气大流量支路的流量范围为0.2(1-λ)qm至(1-λ)qm；所述天然气小流量支路的流量范围为0.06(1-λ)qm至0.3(1-λ)qm；所述氢气大流量支路的流量范围为0.2λqm至λqm；所述氢气小流量支路的流量范围为0.06λqm至0.3λqm。
18、可选地，当仅开启缓冲罐时，所述缓冲罐充满后的压力为：其中，p2为缓冲罐充满后的压力，pa；qm为掺氢天然气的最大设计需求量，nm3/s；p0为天然气管道的供气压力，pa；pm为大气压力，pa；ρ为掺混比为λ时掺氢天然气在标准工况下的密度，kg/m3；a为缓冲罐进气口的横截面积，m2；ξ为流量系数。
19、所述缓冲罐的水容积为：其中，v缓冲罐为缓冲罐的水容积，m3；n是充气时间，min；qm为掺氢天然气的最大设计需求量，nm3/s；pm为大气压力，pa；p2为缓冲罐充满后的压力，pa；p1为缓冲罐的压力报警值，pa。
20、与现有技术相比，本申请提供一种宽流量精确的天然气掺氢装置及天然气掺氢方法；其中，宽流量精确的天然气掺氢装置根据掺氢天然气的目标供应需求量q，通过plc控制系统设定掺氢比例λ，信号连接天然气管道、氢气管道和缓冲罐，通过天然气管道对天然气进行输送，通过氢气管道对氢气进行输送，在混合器中混合掺杂得到所需掺氢天然气，将掺氢天然气通入缓冲罐中缓存后通出使用本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种宽流量精确的天然气掺氢装置，其特征在于，包括天然气管道、氢气管道、混气管道与PLC控制系统；
2.根据权利要求1所述的宽流量精确的天然气掺氢装置，其特征在于，所述天然气管道包括天然气大流量支路和天然气小流量支路，所述天然气大流量支路和天然气小流量支路并联连接；所述天然气管道与所述天然气大流量支路的左端的交点为第一交点，与所述天然气大流量支路的右端的交点为第二交点；所述第一流量变送器设置于所述天然气大流量支路和所述天然气小流量支路上；
3.根据权利要求2所述的宽流量精确的天然气掺氢装置，其特征在于，所述天然气大流量支路的左端和所述天然气小流量支路的左端相交于所述第一交点，所述天然气大流量支路的右端和所述天然气小流量支路的右端相交于所述第二交点；所述天然气入口端和第一交点之间依次设置有第一氮气吹扫口、第一压力表、第一温度表、第一球阀、第一过滤器、第一稳定阀和第一放空阀。
4.根据权利要求2所述的宽流量精确的天然气掺氢装置，其特征在于，所述氢气大流量支路的左端和所述氢气小流量支路的左端相交于所述第三交点，所述氢气大流量支路的右端和所述氢气小流
5.根据权利要求3所述的宽流量精确的天然气掺氢装置，其特征在于，所述天然气大流量支路的第一流量变送器与第一交点之间设置有第一切断阀，所述天然气大流量支路的第一流量变送器与第二交点之间设置有第一球阀；
6.根据权利要求2所述的宽流量精确的天然气掺氢装置，其特征在于，所述氢气大流量支路的第二流量变送器与第三交点之间设置有第二球阀，所述氢气大流量支路的流量调节阀与第四交点之间设置有第二球阀；
7.根据权利要求2所述的宽流量精确的天然气掺氢装置，其特征在于，所述混合器和所述缓冲罐之间依次设置有第三压力表、第三温度表、第三氮气吹扫口、第三球阀、阻火阀和第三切断阀，所述氢气分析仪位于所述阻火阀和第三切断阀之间。
8.一种天然气掺氢方法，其特征在于，采用权利要求2-7任意一项所述的宽流量精确的天然气掺氢装置进行天然气管道掺氢，包含以下步骤：
9.根据权利要求8所述的天然气掺氢方法，其特征在于，
10.根据权利要求8所述的天然气掺氢方法，其特征在于，当仅开启缓冲罐时，所述缓冲罐充满后的压力为：
...【技术特征摘要】
1.一种宽流量精确的天然气掺氢装置，其特征在于，包括天然气管道、氢气管道、混气管道与plc控制系统；
2.根据权利要求1所述的宽流量精确的天然气掺氢装置，其特征在于，所述天然气管道包括天然气大流量支路和天然气小流量支路，所述天然气大流量支路和天然气小流量支路并联连接；所述天然气管道与所述天然气大流量支路的左端的交点为第一交点，与所述天然气大流量支路的右端的交点为第二交点；所述第一流量变送器设置于所述天然气大流量支路和所述天然气小流量支路上；
3.根据权利要求2所述的宽流量精确的天然气掺氢装置，其特征在于，所述天然气大流量支路的左端和所述天然气小流量支路的左端相交于所述第一交点，所述天然气大流量支路的右端和所述天然气小流量支路的右端相交于所述第二交点；所述天然气入口端和第一交点之间依次设置有第一氮气吹扫口、第一压力表、第一温度表、第一球阀、第一过滤器、第一稳定阀和第一放空阀。
4.根据权利要求2所述的宽流量精确的天然气掺氢装置，其特征在于，所述氢气大流量支路的左端和所述氢气小流量支路的左端相交于所述第三交点，所述氢气大流量支路的右端和所述氢气小流量支路的右端相较于所述第四交点；所述氢气入口端和第三交点之间依次...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨喆，段鹏飞，李璐伶，李敬法，宇波，郑雅文，肖莹，李静，莫雯雯，刘建辉，王文想，
申请(专利权)人：深圳市燃气集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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